化學(xué)能與熱能(精品)

1、新課標(biāo)人教版化學(xué)必修 第二章第一節(jié) 化學(xué)能與熱能(第課時(shí)）學(xué)習(xí)目標(biāo)知道化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。通過生產(chǎn)、生活中的實(shí)例了解化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化。探究化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。能源與人類 能源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，我們每時(shí)每刻、分分秒秒都離不開它。迄今為止，人類所能利用的能源主要是化學(xué)能、電能、以及核能等等。但是，由于人類大量開發(fā)和浪費(fèi)資源，造成了資源的不合理利用從而引發(fā)了不可回避的能源危機(jī)。我國化石燃料和水電能源消耗構(gòu)成圖16.6%2.1%5.1%76.2%你知道嗎? 煤、石油、天然氣的主要化學(xué)成分是烴類等有機(jī)物（煤中含有大量的碳），它們?nèi)紵龝r(shí)放

2、出熱能。你一定想知道，這種能量從何而來?它與化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)有什么關(guān)系？石灰石（主要成分是碳酸鈣）要經(jīng)過高溫煅燒才能變成生石灰，高溫提供的熱能在石灰石的分解反應(yīng)中起到什么作用？一飛沖天：“神舟”五號發(fā)射實(shí)況回放 生活中哪些事實(shí)說明了在化學(xué)反應(yīng)中伴隨著能量的變化？【思考與交流】物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)還伴隨著能量的變化,而這種能量變化又通常表現(xiàn)為熱能變化。第一節(jié) 化學(xué)能與熱能一、化學(xué)鍵與化學(xué)反應(yīng)中能量變化的關(guān)系1、化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)是？ 以氫氣在氯氣中燃燒為例，用化學(xué)鍵的觀點(diǎn)分析反應(yīng)的本質(zhì)過程。H Cl ： Cl H H2 + Cl2 = 2HClHH Cl ClHCl斷開斷開點(diǎn)燃 一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的的

3、過程，本質(zhì)上就是舊化學(xué)鍵斷裂和新化學(xué)鍵形成的過程。形成H Cl ： Cl H H2 + Cl2 = 2HClHH Cl ClHCl吸收能量斷開斷開吸收能量形成放出能量點(diǎn)燃化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因?！舅伎寂c交流】在化學(xué)反應(yīng)中，隨著物質(zhì)的變化，既有反應(yīng)物中化學(xué)鍵的斷裂，又有生成物中化學(xué)鍵的形成，化學(xué)能也隨之而改變。那么，一個(gè)化學(xué)反應(yīng)吸收能量還是放出能量是由什么決定的呢？2、一個(gè)化學(xué)反應(yīng)吸收能量還是放出能量的決定因素看圖討論分析化學(xué)反應(yīng)放出能量看圖討論分析化學(xué)反應(yīng)吸收能量規(guī)律如果反應(yīng)物所具有的總能量高于生成物所具有的總能量,那么在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),就有部分能量以熱的形式釋放出來

4、;如果反應(yīng)物所具有的總能量低于生成物所具有的總能量,那么在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),反應(yīng)物就需要吸收能量,才能轉(zhuǎn)化為生成物。能量反應(yīng)過程反應(yīng)過程反應(yīng)物生成物能量放熱反應(yīng)吸熱反應(yīng)反應(yīng)物生成物規(guī)律【歸納小結(jié)】一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是為放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)取決于：取決于所有斷鍵吸收的總能量與所有形成新鍵放出的總能量的相對大小，即取決于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小。反應(yīng)物的能量之和 E反生成物的能量之和 E生（1）若E反 E生，（2）若E反生成物的總能量， 化學(xué)反應(yīng) 能量。 若反應(yīng)物的總能量 4Q3 B. 2Q1 + Q2 4Q3 C. Q1 + Q2 E生若E反 E生化學(xué)鍵的斷裂和形成二、化學(xué)能與熱能的相互

5、轉(zhuǎn)化質(zhì)量守恒定律能量守恒定律化學(xué)反應(yīng)中的能量變化，通常主要表現(xiàn)為熱量的變化。熱量的變化：吸熱和放熱 怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來了解反應(yīng)中的熱量變化情況？ 下面我們一起通過實(shí)驗(yàn)來認(rèn)識和感受一下化學(xué)能與熱能的相互轉(zhuǎn)化！實(shí)驗(yàn)探究21 鋁片與鹽酸的反應(yīng)在一支試管中加入2-3mLmol/L的鹽酸，再插入用砂紙打磨光的鋁條，觀察現(xiàn)象，并用溫度計(jì)測量溶液溫度的變化實(shí)驗(yàn)1.鋁與鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式： 。2.在反應(yīng)過程中你將能看到什么現(xiàn)象？3.用眼睛不能直接觀察到反應(yīng)中的熱量變化，你將采取哪些簡單易行的辦法來了解反應(yīng)中的熱量變化？4.要明顯的感知或測量反應(yīng)中的熱量變化，你在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意哪些問題？思考與討論：實(shí)驗(yàn)21現(xiàn)象結(jié)論

6、鋁與鹽酸反應(yīng)，放出大量氣泡，溫度升高該反應(yīng)是放熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)22探究 ：Ba(OH)28H2O與NH4Cl的反應(yīng).整個(gè)實(shí)驗(yàn)中有哪些創(chuàng)新之處？1.整個(gè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象、反應(yīng)化學(xué)方程式和結(jié)論？實(shí)驗(yàn)22現(xiàn)象：1、玻璃片（小木板）會與小燒杯粘結(jié)在一起 2、有少許刺激性氣味氣體產(chǎn)生 3、有水生成Ba(OH)2 8H2O + 2NH4ClBaCl2 +2NH3 +10H2O結(jié)論：該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)探究鹽酸溫度NaOH溶液溫度中和反應(yīng)后溫度鹽酸與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，觀察反應(yīng)中溶液溫度的變化。實(shí)驗(yàn)23鹽酸溫度/NaOH溶液溫度/ 中和反應(yīng)后溫度/ 結(jié)論：中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)。實(shí)質(zhì)：H+ + OH H2O反應(yīng)后溫度升高室溫

7、室溫中和熱：酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O時(shí) 所釋放的熱量稱為中和熱【思考與交流】酸與堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1molH2O時(shí)所釋放的熱量稱為中和熱。如果要通過實(shí)驗(yàn)來測定鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng)的中和熱，你認(rèn)為在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置和操作時(shí)應(yīng)該注意哪些問題？你準(zhǔn)備如何設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？請與同學(xué)討論、交流。中和熱的測定 裝置在大燒杯底部墊泡沫塑料（或紙條），使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然后再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料（或紙條），大燒杯上用泡沫塑料板（或硬紙板）作蓋板，在板中間開兩個(gè)小孔，正好使溫度計(jì)和環(huán)形玻璃攪拌棒通過，以達(dá)到保溫、隔熱、減少實(shí)驗(yàn)過程中熱量損失的目的，如上圖所示。該實(shí)驗(yàn)也可在保溫杯中

8、進(jìn)行。 在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置和操作時(shí)應(yīng)從兩個(gè)方面考慮，一是注重“量”的問題，如 反應(yīng)物的濃度和體積取定值； 測量反應(yīng)前后的溫度值； 做平行實(shí)驗(yàn)取平均值。二是盡量減小實(shí)驗(yàn)誤差，如 用經(jīng)過標(biāo)定的鹽酸和氫氧化鈉溶液； 量液器最好使用移液管； 攪拌使反應(yīng)充分進(jìn)行； 及時(shí)散熱，使混合液溫度均衡； 溫度計(jì)的精確度高，最好使用精度為0.1 或更高的溫度計(jì)； 鹽酸跟氫氧化鈉溶液混合后液面上方的空間盡可能小； 使用絕緣裝置，避免熱量散發(fā)到反應(yīng)體系之外； 溫度計(jì)要讀準(zhǔn)確。思考與交流隨堂練習(xí) 1. 下列說法正確的是 ( ) A. 大多數(shù)的化合反應(yīng)是釋放能量的反應(yīng) B. 大多數(shù)分解反應(yīng)是吸收能量的反應(yīng) C. 釋放能量的反應(yīng)

9、都不需要加熱 D. 吸收能量的反應(yīng)都需要加熱AB2. 下列反應(yīng)既屬于氧化還原反應(yīng),又屬于吸熱反應(yīng)的是 ( )A.鋁片與稀鹽酸的反應(yīng)B.Ba(OH)28H2O和NH4Cl的反應(yīng)C.灼熱的炭與CO2的反應(yīng)D.甲烷在氧氣中的燃燒反應(yīng)C3、 如右圖所示，把試管放入盛有25時(shí)飽 和石灰水的燒杯中，試管中開始放入幾小塊鎂片，再用滴管滴入5mL鹽酸于試管中.試回答下列問題：(1)實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象是 (2)產(chǎn)生上述現(xiàn)象的原因是 (3)寫出有關(guān)反應(yīng)的離子方程式 (4)由實(shí)驗(yàn)推知，MgCl2溶液和H2的總能量 (填“大于”、“小于”、“等于”)鎂片和鹽酸的總能量.(1)鎂片上有大量氣泡產(chǎn)生；鎂片逐漸溶解；燒杯中

10、析出晶體.(2)鎂與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，Ca(OH)2在水中的溶解度隨溫度升高而減小，故析出Ca(OH)2晶體.(3)Mg+2H+=Mg2+H2 (4)小于常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)所有燃燒中和反應(yīng)溶液里的置換一般的化合反應(yīng) 特殊的分解吸熱反應(yīng)電離強(qiáng)堿與銨鹽一般的分解特殊的化合新課標(biāo)人教版化學(xué)必修 第二章第一節(jié) 化學(xué)能與熱能(第3課時(shí)）三、化學(xué)能的應(yīng)用利用熱量進(jìn)行生活、生產(chǎn)和科研。利用熱能使很多化學(xué)反應(yīng)得以發(fā)生。如：科學(xué)視野 生物體中的能量轉(zhuǎn)化人體內(nèi)發(fā)生的氧化還原反應(yīng)與體外的燃燒本質(zhì)相同，最終產(chǎn)物一樣（都是二氧化碳和水），都是放熱反應(yīng)，所放出的能量也相等。只是二者反應(yīng)條件

11、不同?！咀灾鲗W(xué)習(xí)】啟示：生物化學(xué)過程在利用“能源”上更為合理、有效?？茖W(xué)視野人類利用能源的三個(gè)階段1、柴草時(shí)期：以樹枝雜草為主要能源2、化石能源時(shí)期：以煤、石油、天然氣為主要能源3、多能源結(jié)構(gòu)時(shí)期：可再生能源、清潔能源練習(xí)：指出下列說法的正誤、生物體內(nèi)進(jìn)行的緩慢氧化反應(yīng)是放熱反應(yīng)。、化學(xué)鍵斷裂吸收的能量越多，化學(xué)鍵越牢固。、植物光合作用吸收太陽能，與化學(xué)能無關(guān)。、柴草的燃燒與化學(xué)能無關(guān)。、人類的文明程度與人均耗能無關(guān)。對對不對不對不對1、物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的同時(shí)還伴隨著能量的變化,而這種能量變化又通常表現(xiàn)為熱能變化。2、化學(xué)鍵的斷裂和形成是化學(xué)反應(yīng)中能量變化的主要原因。3、化學(xué)反應(yīng)中能量轉(zhuǎn)化遵循

12、能量守衡原則?！颈竟?jié)小結(jié)】【歸納小結(jié)】一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是為放熱反應(yīng)還是吸熱反應(yīng)取決于：取決于所有斷鍵吸收的總能量與所有形成新鍵放出的總能量的相對大小，即取決于反應(yīng)物的總能量與生成物的總能量的相對大小。常見的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)放熱反應(yīng)所有燃燒中和反應(yīng)溶液里的置換一般的化合反應(yīng) 特殊的分解吸熱反應(yīng)電離強(qiáng)堿與銨鹽一般的分解特殊的化合一、反應(yīng)熱1、定義：在化學(xué)反應(yīng)過程中放出或吸收的熱量符號：H 單位：KJ/molH 0表示吸熱反應(yīng)2、計(jì)算方法：反應(yīng)物的總能量減去生成物的總能量所得的數(shù)值3、分類：燃燒熱，中和熱3、分類：燃燒熱，中和熱燃燒熱在101KPa時(shí)，1mol純物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的化合物時(shí)所放出的熱

13、量叫做該物質(zhì)的燃燒熱中和熱在稀溶液中，酸跟堿發(fā)生中和反應(yīng)生成1mol水所釋放的熱量叫中和熱。室溫下中和熱約為57.3KJ/mol中和反應(yīng)，燃燒反應(yīng)均為放熱反應(yīng)有關(guān)反應(yīng)熱的計(jì)算【例1】25、101kPa時(shí)，使1.0 g鈉與足量的氯氣反應(yīng)，生成氯鈉晶體并放出17.87 kJ的熱量，求生成1 mol氯化鈉的反應(yīng)熱?！窘狻縉a(g) + Cl2(g) =NaCl(s)17.87 kJ / 1g 23 g / mol = 411 kJ / mol答：生成1 mol NaCl時(shí)放出熱量411 kJ。有關(guān)燃燒熱的計(jì)算【例2】乙醇的燃燒熱H= -1366.8 kJ/ mol，在25、101kPa時(shí)，1 kg

14、乙醇充分燃燒后放出多少熱量？【解】n(C2H5OH)= 1000 g / 46g/mol =21.74mol 1 kg C2H5OH燃燒后產(chǎn)生的熱量： 1366.8 kJ/ mol 21.74mol=2.971 10 4kJ答： 1 kg C2H5OH燃燒后放出2.971 10 4kJ的熱量。二、蓋斯定律1840年，瑞士化學(xué)家蓋斯（GHHess）通過大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)證明，不管化學(xué)反應(yīng)是一步完成或分幾步完成，其反應(yīng)熱是相同的。換句話說，化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱只與反應(yīng)體系的始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，而與反應(yīng)的途徑無關(guān)。這就是蓋斯定律。看下面的圖理解蓋斯定律某人從山下A到達(dá)山頂B，無論是翻山越嶺攀登而上，還是坐纜車直奔

15、山頂，其所處的海拔都高了300m即山的高度與A、B點(diǎn)的海拔有關(guān)，而與由A點(diǎn)到達(dá)B點(diǎn)的途徑無關(guān)這里的A相當(dāng)于反應(yīng)體系的始態(tài)，B相當(dāng)于反應(yīng)體系的終態(tài).山的高度相當(dāng)于化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱用能量守恒定律論證蓋斯定律先從始態(tài)S變化到到終態(tài)L，體系放出熱量（H10)。經(jīng)過一個(gè)循環(huán)，體系仍處于S態(tài)，因?yàn)槲镔|(zhì)沒有發(fā)生變化，所以就不能引發(fā)能量變化，即H1+H20蓋斯定律在科學(xué)研究中的重要意義有些反應(yīng)進(jìn)行得很慢有些反應(yīng)不容易直接發(fā)生有些反應(yīng)的產(chǎn)品不純（有副反應(yīng)發(fā)生）這些都給測量反應(yīng)熱造成了困難利用蓋斯定律可以間接地把它們的反應(yīng)熱計(jì)算出來C（s）+ O2（g）=CO（g）因?yàn)镃燃燒時(shí)不可能完全生成CO，總有一部分CO2

16、生成，因此這個(gè)反應(yīng)的H無法直接測得，請同學(xué)們自己根據(jù)蓋斯定律設(shè)計(jì)一個(gè)方案計(jì)算該反應(yīng)的H。提示（1) C (s) + O2(g) = CO2(g) H1=-393.5 kJ/mol (2) CO (g) + O2(g) = CO2(g) H3=-283.0 kJ/molH1= H2+ H3 H2 = H1- H3 = -393.5 kJ/mol -(-283.0 kJ/mol) = -110.5 kJ/molC (s) + O2 (g) = CO2(g) H=-110.5 kJ/mol 應(yīng)用蓋斯定律的計(jì)算【例3】已知下列反應(yīng)的反應(yīng)熱為 CH3COOH (l) + 2O2(g) = 2CO2(g)

17、 + 2H2O(l) H1= -870.3 kJ/mol C(s) + O2 (g) = CO2(g) H2= -393.5 kJ/mol H2(g) + O2(g) = H2O(l) H3= -285.8 kJ/mol試計(jì)算下述反應(yīng)的反應(yīng)熱：2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH (l) 【解】分析各方程式的關(guān)系，知 將方程式按2 + - 組合得上述反應(yīng)方程式即：H = 2H 2 + H3 - H1H =2(-393.5kJ/mol) + (-285.8kJ/mol) -(-870.3kJ/mol) = - 488.3kJ/mol答：反應(yīng)2C(s) + 2H2 (g) + O2 (g) = CH3COOH